【目的】

　　理解系統(tǒng)調(diào)用的概念，熟悉系統(tǒng)調(diào)用的用法。

　　【環(huán)境】

　　PC：ubuntu 12.04

　　內(nèi)核：Linux：3.2.0

　　【要求】

　　編程創(chuàng)建系統(tǒng)調(diào)用sunpluscall()，實現(xiàn)功能是顯示字符串到屏幕上。

　　編譯3.2.0內(nèi)核，用新內(nèi)核引導(dǎo)系統(tǒng)。

　　編程調(diào)用自己創(chuàng)建的系統(tǒng)調(diào)用。

　　【原理】

　　操作系統(tǒng)是用戶與計算機(jī)之間的接口，用戶通過操作系統(tǒng)的幫助，可以快速、有效和安全可靠地使用計算機(jī)系統(tǒng)中的各種資源來解決自己的問題。為了使用戶方便的使用操作系統(tǒng)，OS向用戶提供了“用戶與操作系統(tǒng)的接口”。這種接口支持用戶與操作系統(tǒng)之間進(jìn)行交互，這些接口可以被分為命令和程序接口兩種。前者直接提供給用戶在鍵盤終端上使用;后者則是提供給用戶(主要是程序員)編程時使用。而要學(xué)習(xí)系統(tǒng)調(diào)用，首先要從程序接口入手。

　　1、 程序接口

　　程序接口是操作系統(tǒng)專門為用戶程序設(shè)置的，也是用戶程序取得OS服務(wù)的唯一途徑。程序接口通常由系統(tǒng)調(diào)用組成。在每個操作系統(tǒng)中，通常都有幾十上百條系統(tǒng)調(diào)用，它們的作用各有不同，有的用于進(jìn)程控制、有的用于存儲管理、有的用于文件管理等等。在MS WINDOWS下面進(jìn)行過WIN32編程的人員應(yīng)該對windows提供的API函數(shù)有一定的印象，這些API函數(shù)就是windows操作系統(tǒng)提供給程序員的系統(tǒng)調(diào)用接口。而Linux作為一個操作系統(tǒng)，當(dāng)然有它自己的系統(tǒng)調(diào)用。

　　2、 系統(tǒng)調(diào)用

　　通常，在OS的核心中都設(shè)置了一組用于實現(xiàn)各種系統(tǒng)功能的子程序，并將它們提供給程序員調(diào)用。程序員在需要OS提供某種服務(wù)的時候，便可以調(diào)用一條系統(tǒng)調(diào)用命令，去實現(xiàn)希望的功能，這就是系統(tǒng)調(diào)用。各個不同的操作系統(tǒng)有各自的系統(tǒng)調(diào)用，正如前文所講的windows API，便是windows的系統(tǒng)調(diào)用，linux的系統(tǒng)調(diào)用與之不同的是linux由于內(nèi)核代碼完全公開，所以可以細(xì)致的分析出其系統(tǒng)調(diào)用的機(jī)制。

　　1、 系統(tǒng)調(diào)用和普通過程的區(qū)別

　　(1)運行于不同的系統(tǒng)狀態(tài)

　　如前所述，用戶程序可以通過系統(tǒng)調(diào)用進(jìn)入系統(tǒng)空間，而普通過程則只能在用戶空間當(dāng)中運行。

　　(2)通過軟中斷切換

　　由于用戶程序使用系統(tǒng)調(diào)用后要進(jìn)入系統(tǒng)空間，所以需要調(diào)用一個軟中斷;而普通過程在被調(diào)用時沒有這個過程。

　　2、 系統(tǒng)調(diào)用的類型

　　系統(tǒng)調(diào)用的作用與它所在的操作系統(tǒng)有密切關(guān)系，根據(jù)操作系統(tǒng)的性質(zhì)不同，它們所提供的系統(tǒng)調(diào)用會有一定的差異，不過對于普通操作系統(tǒng)而言，應(yīng)該具有下面幾類系統(tǒng)調(diào)用。

　　(1)進(jìn)程控制類型。

　　(2)文件操縱類型。

　　(3)進(jìn)程通信類型。

　　(4)數(shù)據(jù)管理類型。

　　3、 系統(tǒng)調(diào)用的實現(xiàn)機(jī)制。

　　由于操作系統(tǒng)的不同，其系統(tǒng)調(diào)用的實現(xiàn)方式可能不同，然而實現(xiàn)機(jī)制應(yīng)該是大致相同的，一般包含下面幾個步驟：

　　(1)設(shè)置系統(tǒng)調(diào)用號

　　在系統(tǒng)當(dāng)中，往往設(shè)置多條系統(tǒng)調(diào)用命令，并賦予每條系統(tǒng)調(diào)用命令一個唯一的系統(tǒng)調(diào)用號。

　　(2)處理系統(tǒng)調(diào)用

　　操作系統(tǒng)當(dāng)中有個一張系統(tǒng)調(diào)用入口表。表中的每個表目都對應(yīng)一條系統(tǒng)調(diào)用命令，它包含有該系統(tǒng)調(diào)用自帶參數(shù)的數(shù)目、系統(tǒng)調(diào)用命令處理程序的入口地址等等。操作系統(tǒng)內(nèi)核便是根據(jù)所輸入的系統(tǒng)調(diào)用號在該表中查找到到相應(yīng)的系統(tǒng)調(diào)用，進(jìn)而轉(zhuǎn)入它的入口地址去執(zhí)行它。

　　【實現(xiàn)步驟】

　　1、拷貝源碼

　　拷貝linux-3.2.tar.bz2 到虛擬機(jī)/usr/src目錄下

　　2、解壓源碼

　　#tar xvjf linux-3.2.tar.bz2

　　3、添加源代碼

　　#vi linux-3.2/kernel/sunplus.c

　　新建一個文件sunplus.c。在此文件中添加系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)源代碼，該函數(shù)的名稱應(yīng)該是新的系統(tǒng)調(diào)用名稱前面加上sys_標(biāo)志。假設(shè)新加的系統(tǒng)調(diào)用為sunpluscall，則該函數(shù)應(yīng)該這樣寫

　　#include

　　asmlinkage long sys_sunpluscall(void)

　　{

　　printk(KERN_EMERG "this is sunpluscall KERN_EMERG\n");

　　printk(KERN_ALERT "this is sunpluscall KERN_ALERT\n");

　　printk(KERN_CRIT "this is sunpluscall KERN_CRIT\n");

　　printk(KERN_ERR "this is sunpluscall KERN_ERR\n");

　　printk(KERN_WARNING "this is sunpluscall KERN_WARNING\n");

　　printk(KERN_NOTICE "this is sunpluscall KERN_NOTICE\n");

　　printk(KERN_INFO "this is sunpluscall KERN_INFO\n");

　　printk(KERN_DEBUG "this is sunpluscall KERN_DEBUG\n");

　　return 0;

　　}

　　4、修改Makefile(編譯內(nèi)核時編譯源代碼)

　　把sunplus.c添加到kernel目錄下的Makefile中，使其在make編譯內(nèi)核的時候能編譯到內(nèi)核中。

　　#vi linux-3.2/kernel/Makefile

　　在14行 obj-y += groups.o 下面插入一行

　　obj-y += sunplus.o

　　如圖:

　　5、鏈接新的系統(tǒng)調(diào)用

　　添加新的系統(tǒng)調(diào)用之后，下一個任務(wù)是讓LINUX內(nèi)核的其余部分知道該程序的存在。增加新函數(shù)的鏈接，需要進(jìn)行下面的操作。

　　(1)為新的系統(tǒng)調(diào)用添加系統(tǒng)調(diào)用號

　　系統(tǒng)調(diào)用號的定義格式如下：

　　#define __NR_name NNN

　　其中，name用系統(tǒng)調(diào)用名稱代替，而NNN是該系統(tǒng)調(diào)用對應(yīng)的號碼。應(yīng)該將新的系統(tǒng)調(diào)用名稱加到清單的最后，并給它分配已經(jīng)用到的系統(tǒng)調(diào)用號后面的一個號碼。

　　LINUX內(nèi)核自身用到的系統(tǒng)調(diào)用號已經(jīng)用到348了。而如果讀者還要自行增加系統(tǒng)調(diào)用，就必須從349開始。

　　#vi linux-3.2/arch/x86/include/asm/unistd_32.h

　　在文件356行#define __NR_process_vm_writev 348 下面插入一行

　　#define __NR_sunpluscall 349

　　把 #define NR_syscalls 349

　　修改成

　　#define NR_syscalls 350

　　NR_syscalls 這個宏表示系統(tǒng)調(diào)用的總個數(shù)。

　　如圖：

　　(2)修改系統(tǒng)調(diào)用的指針列表

　　vi linux-3.2/arch/x86/kernel/syscall_table_32.S

　　在文件350行.long sys_process_vm_writev 下面添加一行

　　.long sys_sunpluscall

　　如圖：

　　(3)vi linux-3.2/arch/x86/ia32/ia32entry.S

　　在文件854行.quad compat_sys_process_vm_eritev 下面添加一行

　　.quad sys_sunpluscall

　　如圖：

　　6、重新編譯、安裝

　　(1)清除殘留的.config和.o

　　在linux-3.2 目錄下 輸入命令

　　#make mrproper

　　該命令的功能在于清除當(dāng)前目錄下殘留的.config和.o文件，這些文件一般是以前編譯時未清理而殘留的。而對于第一次編譯的代碼來說，不存在這些殘留文件，所以可以略過此步，但是如果該源代碼以前被編譯過，那么強烈建議執(zhí)行此命令，否則后面可能會出現(xiàn)未知的問題。

　　(2)配置編譯選項

　　作為操作系統(tǒng)的內(nèi)核，其內(nèi)容和功能必然非常繁雜，包括處理器調(diào)度，內(nèi)存管理，文件系統(tǒng)管理，進(jìn)程通訊以及設(shè)備管理等等，而對于不同的硬件，其配置選項也不相同，所以在編譯源代碼之前必須設(shè)置編譯選項。

　　配置命令有 make menuconfig 或者make xconfig。我使用的是make menuconfig，但是前提條件是要裝ncurses。

　　1)輸入命令：

　　sudo apt-get install libncurses5-dev

　　更新安裝ncurses。 注意一定要聯(lián)網(wǎng)。

　　2)輸入命令 ：

　　make menuconfig

　　注意把vmware放大到全屏終端放大到全屏，因為輸入make menuconfig 命令后會彈出一個窗口出來，如果不放大會出錯，彈不出窗口。

　　選擇exit，保存默認(rèn)配置

　　(3)編譯內(nèi)核

　　1)清除以前編譯生成的 .o 等文件。輸入命令：

　　make clean

　　2)編譯內(nèi)核 此步大約需要 一個半到兩個小時(看機(jī)器的性能)。 輸入命令：

　　make bzImage

　　3)編譯modules 輸入命令：

　　make modules

　　4)安裝modules 就是把剛才編譯生產(chǎn)的modules拷到系統(tǒng)文件夾下，以供新內(nèi)核調(diào)用。 輸入命令：

　　make modules_install

　　5)建立要載入ramdisk的映像文件

　　如果linux系統(tǒng)安裝在scsi磁盤上，這步是必須的，否則可以跳過。

　　切換至/usr/src目錄

　　輸入命令：

　　mkinitramfs -o /boot/initrd.img-3.2.0 3.2.0

　　(4)安裝內(nèi)核

　　輸入命令：

　　make install

　　此時系統(tǒng)會把linux內(nèi)核的鏡像文件還有System.map考入到/boot下，然后會自動生成引導(dǎo)菜單。

　　7、配置grub

　　配置grub引導(dǎo)程序

　　ubuntu系統(tǒng)中g(shù)rub的默認(rèn)等待時間為0，要想進(jìn)入grub菜單，就要修改下等待時間。

　　修改系統(tǒng)文件/etc/default/grub

　　將GRUB_HIDDEN_TIMEOUT=0改為GRUB_HIDDEN_TIMEOUT=10

　　如圖：

　　修改系統(tǒng)文件/etc/default/grub后需用update-grub命令自動生成啟動的選項。

　　執(zhí)行

　　sudo update-grub

　　要想系統(tǒng)重啟后的grub引導(dǎo)界面有我們安裝好的內(nèi)核選項我們還需修改/boot/grub/grub.cfg 文件。

　　屏蔽 124行 的 // submenu "Previous Linux versions" {

　　在125行 加入一個 {

　　如圖：

　　8、重啟ubuntu

　　重啟后按 “shift”鍵， 選擇 Ubuntu , Linux 3.2.0 選項

　　如圖：

　　9、測試

　　(1)編寫測試代碼

　　調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用的方式是使用_syscall宏。2.6.18版本之前的內(nèi)核，在include/asm-i386/unistd.h文件中定義有7個_syscall宏，分別是：

　　1 _syscall0(type,name)

　　2 _syscall1(type,name,type1,arg1)

　　3 _syscall2(type,name,type1,arg1,type2,arg2)

　　4 _syscall3(type,name,type1,arg1,type2,arg2,type3,arg3)

　　5 _syscall4(type,name,type1,arg1,type2,arg2,type3,arg3,type4,arg4)

　　6 _syscall5(type,name,type1,arg1,type2,arg2,type3,arg3,type4,arg4,type5,arg5)

　　7 _syscall6(type,name,type1,arg1,type2,arg2,type3,arg3,type4,arg4,type5,arg5,type6,arg6)

　　但是自2.6.19版本開始，_syscall宏被廢除，我們需要使用syscall函數(shù)，通過指定系統(tǒng)調(diào)用號和一組參數(shù)來調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用。

　　syscall函數(shù)原型為：

　　int syscall(int number, ...);

　　其中number是系統(tǒng)調(diào)用號，number后面應(yīng)順序接上該系統(tǒng)調(diào)用的所有參數(shù)。

　　#include <stdio.h>

　　#include <stdlib.h>

　　#include

　　#include "../linux-3.2/arch/x86/include/asm/unistd_32.h"

　　int main(int argc, char *argv[])

　　{

　　syscall(349);

　　return 0;

　　}

　　(2)測試

　　測試代碼寫完后編譯

　　gcc test.c -o test

　　注意 系統(tǒng)調(diào)用里的打印printk是有優(yōu)先級的，在使用printk時可指定printk的優(yōu)先級，只有printk的優(yōu)先級大于終端時，終端上才會顯示出printk打印出的內(nèi)容。

　　打印方法1：

　　切換至字符模式

　　打印方法2：

　　使用dmesg函數(shù)

　　Ubuntu切換到字符模式下的方法：

　　按 ctl + alt + F1 (F1～F6)

　　切換回圖形界面的方法

　　按 alt + F7